王鳳剛，侯吉瑞，趙鳳蘭，唐永強(qiáng)，張 震

（1.中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司，天津300459；2.中國石油大學(xué)（北京）提高采收率研究院，北京102249；3.中國石化勘探開發(fā)技術(shù)研究院，北京100083）

低滲透油藏具有孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、喉道狹窄、裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性嚴(yán)重等特點(diǎn)［1-4］，能量補(bǔ)充和有效驅(qū)替系統(tǒng)的形成均較困難，導(dǎo)致水驅(qū)采收率較低［5-8］。由于CO2具有低黏度、易膨脹和降低原油界面張力的特性［9-10］，注CO2是低滲油藏開發(fā)的重要技術(shù)手段［11］。然而，低滲透油藏裂縫發(fā)育廣泛，若要啟動(dòng)基質(zhì)中的原油，必須對(duì)裂縫進(jìn)行封堵［12-13］，而且CO2與原油之間不利的流度比也會(huì)在基質(zhì)中形成氣體竄流通道［14-15］。這就需要分別針對(duì)裂縫及基質(zhì)進(jìn)行兩級(jí)精細(xì)封竄研究。

針對(duì)裂縫竄流通道，選用改性淀粉凝膠調(diào)堵劑。該調(diào)堵劑以改性淀粉為剛性骨架［16］，結(jié)合丙烯酰胺柔性支鏈，形成立體交聯(lián)網(wǎng)狀大分子共聚物［17-18］，在油藏中具有良好的運(yùn)移性和選擇注入性［19-20］；同時(shí)，成膠后封堵強(qiáng)度高，可保證后續(xù)注入水啟動(dòng)低滲透層［21］。針對(duì)氣竄通道，侯吉瑞等［22］研制了一種低滲透油藏基質(zhì)二氧化碳驅(qū)油用的防竄劑。該防竄劑以乙二胺為主劑，當(dāng)油藏溫度達(dá)到或者超過乙二胺沸點(diǎn)時(shí)，乙二胺的流態(tài)接近氣態(tài)［23］，能保證主劑有較好的注入性能，通過乙二胺與CO2反應(yīng)生成的氨基甲酸鹽選擇性封堵氣竄通道來擴(kuò)大波及體積［24］?？紤]到巖心的尺寸和幾何形狀對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，筆者選取了低滲、非均質(zhì)的二維巖心，用壓裂設(shè)備逐漸加壓，對(duì)巖心造大裂縫和微裂縫，采用反五點(diǎn)法對(duì)模型進(jìn)行了水驅(qū)及改性淀粉凝膠封堵裂縫的一級(jí)封竄及CO2驅(qū)和有機(jī)胺封竄的系列化實(shí)驗(yàn)，研究了超前注水后低滲油藏CO2驅(qū)輔以兩級(jí)封竄擴(kuò)大波及體積技術(shù)對(duì)反五點(diǎn)法井網(wǎng)模型的增油效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

延長(zhǎng)油田某區(qū)塊脫氣原油，黏度平均值9.8 mPa·s；地層水礦化度102 g/L，離子組成（mg/L）為：HCO3-152、Cl-62600、Ba2+218、Mg2+918、Ca2+5740、K++Na+32100；無水乙醇、乙二胺、丙烯酰胺、過氧化物類交聯(lián)劑、偶氮類引發(fā)劑，化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司；改性淀粉凝膠，自制，配方為［25］：4.5%數(shù)7%改性淀粉＋5%數(shù)7%丙烯酰胺＋0.05%數(shù)0.2%過氧化物類交聯(lián)劑＋0.1%數(shù)1%偶氮類引發(fā)劑；天然露頭巖心，切割成圓餅狀，巖心直徑40 cm，厚5.5 cm，孔隙體積670 mL，孔隙度13.67%，含油飽和度61.94%。巖心正中間的注入端0#代表油田現(xiàn)場(chǎng)的注入井，1數(shù)4#表示巖心的不同取樣點(diǎn)，代表油田現(xiàn)場(chǎng)的采出井，注采井距18.9 cm（圖1）。

高壓恒速恒壓泵，中間容器，餅狀巖心加持器，手搖泵，氣體計(jì)量裝置，液體收集裝置，傳感器及配套計(jì)算機(jī)設(shè)備等（圖1）。其中，餅狀巖心加持器能提供30 MPa的壓力，用于放置直徑40 cm、厚度4數(shù)6 cm 的巖心，巖心腔室下部有活塞可以提供軸壓，周圍有橡膠套筒可以提供圍壓來固定巖心。

圖1 徑向流模型驅(qū)替流程圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)條件以延長(zhǎng)油田某反五點(diǎn)井網(wǎng)區(qū)塊的地層條件為依據(jù)：溫度50℃，平均滲透率3.7×10-3μm2，平均孔隙度11.9 %，地層壓力7.5數(shù) 8.5 MPa，原油黏度9.8 mPa·s。采用反五點(diǎn)井網(wǎng)相對(duì)滲透率的簡(jiǎn)易計(jì)算算法，通過驅(qū)替數(shù)據(jù)計(jì)算巖心各方向上的水測(cè)滲透率［26］。其中1#、2#、3#、4#取樣點(diǎn)方向的基質(zhì)水測(cè)滲透率分別為4.6×10-3、7.4×10-3、8.4×10-3、10.0×10-3μm2。測(cè)定基質(zhì)滲透率后，用壓裂設(shè)備逐漸加壓對(duì)巖心造裂縫。

（2）一級(jí)封竄。①從巖心正中間的注入井以0.5 mL/min 的速度進(jìn)行水驅(qū)，待取樣點(diǎn)采出液含水率超過90%時(shí)，停止水驅(qū)，記錄數(shù)據(jù)；②從注入井以0.3 mL/min 的速度注入10 mL 改性淀粉凝膠+5 mL清水段塞，候凝48 h 待其成膠，其中凝膠的用量可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整；③重復(fù)步驟①、②，待各井無含水率陡升現(xiàn)象、提高采收率幅度緩慢時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。

（3）一次CO2驅(qū)。在4 個(gè)取樣點(diǎn)的出口端連接回壓閥，并設(shè)置回壓為3000 kPa，通過恒壓泵控制注入井的注入壓力為5000 kPa，采用恒壓方式從注入井進(jìn)行CO2驅(qū)油；當(dāng)4個(gè)取樣點(diǎn)不出油時(shí)停止CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

（4）二級(jí)封竄。①通過恒壓泵設(shè)置注入井注入壓力為5500 kPa，從注入井注入10 mL 無水乙醇段塞+30 mL 乙二胺段塞+10 mL 后置乙醇段塞，候凝24 h 待其完全反應(yīng)；②通過恒壓泵控制注入井壓力為6000 kPa，采用恒壓方式進(jìn)行CO2連續(xù)驅(qū)油；當(dāng)4個(gè)取樣點(diǎn)不出油時(shí)停止CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 一級(jí)封竄

通過注水啟動(dòng)裂縫、微裂縫及巖心中大孔道的原油和通過注入改性淀粉凝膠對(duì)裂縫、微裂縫進(jìn)行一級(jí)封竄。改性淀粉凝膠可在不同油藏溫度（30數(shù)90℃）、不同礦化度（5數(shù)200 g/L）的地層水條件下成膠，成膠時(shí)間15數(shù)60 h可調(diào)。多輪次水驅(qū)實(shí)驗(yàn)中，1數(shù)4#取樣點(diǎn)驅(qū)替過程的數(shù)據(jù)見表1。水驅(qū)及改性淀粉凝膠封堵裂縫過程的總采收率為23.4%。在一次水驅(qū)過程中，只有1#和3#見油，驅(qū)替壓力僅約為28 kPa（圖2），可見水驅(qū)動(dòng)1#和3#附近裂縫中的原油。由1#取樣點(diǎn)一級(jí)封竄動(dòng)態(tài)曲線（圖3）可見，注入改性淀粉凝膠和后續(xù)二次水驅(qū)過程中，1#取樣點(diǎn)含水率從80%增至91%，說明改性淀粉凝膠封堵住1#附近的大裂縫，后續(xù)水啟動(dòng)了大裂縫之外的原油；注入改性淀粉凝膠和后續(xù)第三次水驅(qū)過程中，與二次水驅(qū)結(jié)果相比，含水漏斗深且寬，采收率增幅高，說明后續(xù)第三次水驅(qū)啟動(dòng)了高滲層大孔道中的原油。

表1 巖心一級(jí)封竄的水驅(qū)采收率

圖2 注入井注入壓力動(dòng)態(tài)曲線

圖3 1#取樣點(diǎn)一級(jí)封竄動(dòng)態(tài)曲線

2.2 一次CO2驅(qū)

經(jīng)過多輪次調(diào)堵后，由裂縫及微裂縫造成的地層的非均質(zhì)性得到了有效地改善，再通過注入CO2啟動(dòng)低滲層中的原油。把CO2驅(qū)的開始時(shí)間設(shè)為0 min，開始驅(qū)替時(shí)各井的采收率設(shè)為0。從表2 數(shù)據(jù)可知，一次CO2驅(qū)過程中，1數(shù)4#取樣點(diǎn)的采收率均有所增加，且增幅相近，區(qū)塊總采收率增幅為21.3%，說明改性淀粉凝膠堵劑堵住裂縫，CO2啟動(dòng)了低滲層中的原油。

表2 巖心一次CO2驅(qū)采收率*

以1#取樣點(diǎn)為例，繪制出口端含水率、采收率、瞬時(shí)流量與時(shí)間的關(guān)系曲線（圖4）。由于流度、密度差等因素，氣體在巖心中逐漸形成指進(jìn)，在驅(qū)替前緣形成油氣帶，油氣帶推動(dòng)著油到達(dá)出口。隨著油被驅(qū)出，油氣帶到達(dá)出口，此時(shí)表現(xiàn)為出口端出油，伴有少量氣泡冒出，表現(xiàn)為油為連續(xù)相，氣為分散相，此時(shí)稱為“見氣”；隨后氣泡越來越多，直至氣體為連續(xù)相，油伴隨著氣泡噴出、為分散相，出口端的出氣量陡然上升，此時(shí)定義為“氣竄”。由出口端瞬時(shí)流量曲線可見，氣體流量經(jīng)歷了無氣、逐漸增加、平緩三個(gè)階段，當(dāng)曲線出現(xiàn)平緩時(shí)即形成了氣竄通道。從310 min開始，出口端見氣，此階段為提高采收率的主要階段；789 min 后，氣體曲線平緩形成了氣竄通道，含水率降為0，采收率曲線增加，增幅為0.79%，占1#取樣點(diǎn)一次CO2驅(qū)總采收率（4.5%）的17.5%，說明氣竄階段仍是提高采收率的重要階段。

圖4 1#取樣點(diǎn)CO2驅(qū)替動(dòng)態(tài)曲線

2.3 二級(jí)封竄

在CO2濃度高的氣體通道，乙二胺與CO2反應(yīng)可生成足夠多的氨基甲酸鹽封堵基質(zhì)中的指進(jìn)通道。由于CO2與原油不利的流度比形成了氣竄通道，注入乙二胺堵劑封堵氣竄通道，再通過后續(xù)二次CO2驅(qū)啟動(dòng)低滲油層基質(zhì)中的殘余油和剩余油。

把乙二胺開始注入的時(shí)間設(shè)為0 min，采收率為0，去除候凝時(shí)間，4個(gè)取樣點(diǎn)的CO2驅(qū)采收率見表3。4#取樣點(diǎn)出口端氣竄時(shí)間較短，并且氣竄后長(zhǎng)時(shí)間不出液，在283 min 對(duì)4#取樣點(diǎn)進(jìn)行關(guān)井處理。有機(jī)胺封竄及二次CO2驅(qū)過程中，1數(shù)4#取樣點(diǎn)的采收率均有所增加，區(qū)塊總采收率增幅為15.0%，說明有機(jī)胺封堵了竄流通道，后續(xù)CO2驅(qū)提高了原油采收率。

表3 巖心二級(jí)封竄的采收率*

2.4 兩級(jí)封竄匯總

整理徑向流驅(qū)油各階段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出CO2驅(qū)兩級(jí)封竄實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)（表4）和動(dòng)態(tài)曲線（圖5）。從表4數(shù)據(jù)可知，反五點(diǎn)法模型CO2驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)中，1數(shù)4#取樣點(diǎn)的采收率均有所增加，總采收率為59.6%。在水驅(qū)階段，驅(qū)替壓差最終穩(wěn)定在6000 kPa 左右，CO2驅(qū)階段的驅(qū)替壓差為2500 kPa，說明在低滲透油藏，CO2驅(qū)啟動(dòng)原油的壓差遠(yuǎn)小于水驅(qū)。

表4 徑向流驅(qū)油實(shí)驗(yàn)采收率匯總表

由圖5可見，隨著驅(qū)替時(shí)間的增加，采收率曲線呈階梯狀增加，含水率曲線先上升后迅速降至0。在一級(jí)封竄過程中，由于改性淀粉凝膠對(duì)竄流通道的封堵，后續(xù)水驅(qū)啟動(dòng)了地層中的原油，采收率曲線增加，含水率最后升至66.2%；一次CO2驅(qū)階段，含水率曲線在短暫的升高后迅速下降，采收率大幅提高，此階段為提高采收率的主要階段，當(dāng)形成氣竄通道后，含水率降為0，地層中為氣、油兩相流動(dòng)，采收率增幅變緩；二級(jí)封竄階段，采收率提高了15.0%，說明乙二胺封堵了氣竄通道，二次CO2驅(qū)啟動(dòng)了地層中的剩余油和殘余油。一次水驅(qū)過程中，壓力基本穩(wěn)定在28 kPa 左右。在注入堵劑和后續(xù)二次水驅(qū)過程中，壓力升高到1500 kPa，然后穩(wěn)定在650 kPa 左右，明顯高于一次水驅(qū)，說明改性淀粉凝膠起到了封堵裂縫的作用。在注入凝膠堵劑和后續(xù)三次水驅(qū)過程中，壓力升高到8152 kPa，然后穩(wěn)定在6400 kPa，采收率進(jìn)一步升高，說明凝膠起到了封堵高滲層的作用，且后續(xù)水驅(qū)未驅(qū)動(dòng)凝膠（圖2）。注入有機(jī)胺后，以3000 kPa的注采壓差進(jìn)行后續(xù)二次CO2驅(qū)過程中，瞬時(shí)流量明顯降低，且各取樣點(diǎn)的采收率增加，說明乙二胺能進(jìn)入地層與孔隙中的CO2反應(yīng)，封堵住氣竄通道。

圖5 CO2驅(qū)兩級(jí)封竄動(dòng)態(tài)曲線

3 結(jié)論

改性淀粉凝膠堵劑注入性和穩(wěn)定性好，封堵能力強(qiáng)，可用來封堵裂縫及深部調(diào)堵。乙二胺能封堵低滲層氣竄通道，擴(kuò)大CO2波及體積。在反五點(diǎn)法巖心物理模擬實(shí)驗(yàn)中，水驅(qū)及水驅(qū)后改性淀粉凝膠一級(jí)封竄地層中裂縫+CO2非混相驅(qū)后有機(jī)胺二級(jí)封竄氣竄通道總采收率59.6%，為我國陸相沉積的裂縫性低滲透油藏的開發(fā)提供了研究思路。